1、第三章 基礎工程3.1 巖土工程勘查3.2 淺基礎3.3 深基礎3.4 地基處理3.5 不均勻沉降問題 建筑物一般由上部結構和基礎兩部分組成。基礎是連接上部結構和地基的橋梁。任何建筑物和構筑物如房屋、橋梁等都坐落在地層上，并且建造在地基基礎上。建筑物在地面以下并將上部荷載傳遞至地基的構件或結構物，就是建筑物的基礎。基礎底面至地面的豎向距離，稱為基礎的埋置深度。 地基和基礎 由于地面的土體受到人類活動、冰雪凍融、生物作用等因素的影響，工程特性很差，為了保證房屋建筑的安全可靠，一般來說必須將基礎底面埋置在距地面以下一定深度處（不得小于0.5m）。建筑物的全部荷載都由基礎下面的地層承擔。受到基礎荷載

2、影響的那部分地層，稱為地基。 上部結構、基礎和地基是在共同工作，事實上是個整體。基礎的作用是將建筑物的全部荷載傳遞給地基；地基的作用是承受建筑物基礎傳來的荷載。地基基礎是保證建筑物安全和滿足使用要求的關鍵之 一。 地基就其是否需要加固處理，可分為天然地基和人工地基。地基的天然土層的工程性質如已滿足工程設計要求，不加處理就可以直接在上面進行修建，就稱該地基為天然地基。如果地基的天然土層的工程性質軟弱，必須經過加固處理，才能滿足設計要求，該地基稱為人工地基。另外由于基礎埋深的深淺之分，基礎可以分為淺基礎和深基礎兩大類。 基礎工程研究主要有地基勘察、淺基礎、深基礎、擋土墻以及地基處理等。其內容包括勘

3、察、設計、施工、環境監測和信息反饋等。基礎工程幾乎涉及所有土木工程領域，如城市建工、水利、港口、路橋、市政、地下工程以及近海工程等工程領域。 當地基條件復雜或者惡劣時，基礎工程經常會成為工程建設中的難點和首先需要解決的問題。而由于巖土條件的復雜性、易變性及勘查工作的局限性等造成巖土工程的不穩定性時，基礎工程問題又成為最難解決的問題。 如果勘察、設計和施工正確，不僅能確保工程順利完成和正常進行，同時也能節省工程投資。反之，由于地基變形或不均勻變形過大，地基強度不足或基礎設計施工問題等原因造成的地基失穩事故也很多。 巖土工程勘察是土木工程建設的基礎工作，它的目的是通過運用工程地質及有關學科的理論知

4、識和各種技術方法，查明建設地區的工程地質條件，提交巖土工程評價報告，為選擇設計方案、設計各類建筑物、制定施工方法、整治地質病害提供可靠依據，以保證工程建筑物的安全穩定、經濟合理和正常使用。巖土工程勘察需符合國家、行業頒布的現行有關標準、規范的規定。3.1 巖土工程勘察 巖土工程勘察一般分為三個階段：即可行性研究勘察（選址、選線勘察）階段；初步勘察階段；詳細勘察階段。 可行性研究勘察：符合場地方案確定的要求初步勘查：符合初步設計或擴大初步設計的要求詳細勘察：符合施工設計的要求3.1.1 巖土工程地質測繪定義：填繪工程地質圖件，根據野外調查綜合研究勘察 區的地質條件，填繪在適當比例尺的地形圖上加

5、以綜合反映。進行階段：可行性研究或初步勘察階段方法：像片成圖法、實地測繪法遙感技術：廣泛應用于農業、林業、地質、海洋、氣象、水文、軍事、環保領域。如汶川地震的災情遙感圖像 3.1.2 工程地質勘探定義：是利用一定的機械工具或開挖作業深入地下了解地質情況的工作。在地面露頭較少、巖性變化較大或地質構造復雜的地方，僅靠地面觀測往往不能弄清地質情況，這就需要借助地質勘探工程來了解和獲得地下深部的地質情況和資料。 工程地質勘探方法主要有物探、觸探、鉆探、坑探等方法。 物探的全稱叫地球物理勘探，它利用專門儀器探測地殼表層各種地質體的物理場，包括電場、磁場、重力場等，通過測得的物理場特性和差異來判明地下各種

6、地質現象，從而獲得某些物理性質參數的一種勘探方法。當前常用的物探方法有電阻率法、電位法、地震法、聲波法、電視測井法等。觸探觸探是把裝有電阻應變儀或電子電位差計的探頭頂是把裝有電阻應變儀或電子電位差計的探頭頂入或打入地下，根據探頭進入地基土地層時所遇到入或打入地下，根據探頭進入地基土地層時所遇到的阻力，可直接得到地基承載力的方法。的阻力，可直接得到地基承載力的方法。 鉆探鉆探是利用鉆機在地層中鉆孔，以鑒別和劃分地是利用鉆機在地層中鉆孔，以鑒別和劃分地層，并可沿孔深取樣，用以測定巖石和土層的物理力層，并可沿孔深取樣，用以測定巖石和土層的物理力學性質。鉆探一般分為回轉式和沖擊式兩種。鉆探是學性質。鉆

7、探一般分為回轉式和沖擊式兩種。鉆探是目前地質勘探的主要手段。目前地質勘探的主要手段。 坑探坑探是在地表向深部掘坑槽或坑洞以取得直觀是在地表向深部掘坑槽或坑洞以取得直觀資料和原狀土樣，以便地質人員直接深入地下了資料和原狀土樣，以便地質人員直接深入地下了解有關地質現象或進行試驗等的地下勘探方法。解有關地質現象或進行試驗等的地下勘探方法。（a）探槽示意圖 （b）探槽取土樣 （c）原狀土樣 3.1.3 原位測試定義：在巖土層原來所處的位置，基本保持的天然結構,天然含水量以及天然應力狀態下，測定巖土的工程力學性質指標。原位測試包括靜力觸探、動力觸探、標準貫入試驗、十字板剪切、旁壓試驗、載荷試驗、扁板側脹

8、試驗、應力鏟試驗、現場直剪試驗、巖體應力試驗、巖土波速測試等。 靜力觸探是借助機械把一定規格的圓錐形探頭勻速壓入土中，通過測定探頭的端阻力和側壁摩阻力來確定土體的物理力學參數，是劃分土層的一種重要的土體勘測技術。 動力觸探測試是利用一定的錘擊動能，將一定規格的探頭打入土中，根據打入土的難易程度（貫入度）判定土層性質的一種原位測試的方法。標準貫入測試，簡稱標貫測試是63.5kg的穿心錘自0.76m高處自由下落，撞擊錘座，通過探桿將標準貫入器貫入孔底土層中，記錄貫入0.30m的錘擊數，用來測試土層物理力學參數的一種測試方法。標貫與一般動力觸探的主要區別在于探頭不同。十字板剪切試驗是用插入軟粘土中的

9、十字板頭，以一定的速率旋轉，測出土的抵抗力矩，然后換算成土的抗剪強度的一種測試方法。所測的抗剪強度，代表土的天然強度。旁壓測試是利用鉆孔做的原位橫向載荷試驗，將一個圓柱形的旁壓器放到鉆孔內設計標高，加壓使得旁壓器橫向膨脹，壓向四周鉆孔孔壁的土體，然后分級加壓并測讀施加的壓力與四周孔壁土體的變形，最后評定地基承載力和變形參數。載荷實驗是在天然地基上通過承壓板向地基施加豎向荷載，觀察所研究地基土的變形和強度規律的一種原位試驗。試驗前在實驗點開挖試坑，試坑寬度或直徑不應小于承壓板寬度或直徑的3倍，深度與被測土層深度相同。載荷試驗采用堆載或液壓千斤頂均勻荷載，承壓板形狀宜采用方形或圓形，面積可采0.2

10、50.50m2。 3.2 淺基礎 一 、定義 淺基礎一般指基礎埋深35m，或者基礎埋深小于基礎寬度的基礎。 二、分類 1. 按材料分類 2. 按結構形式分類注：基礎埋深（d）：基礎底面至室外地面的距離按材料分類按材料分類注：三合土是由石灰、砂和骨料(礦渣、碎磚或碎石)加水混合而成。 磚基礎磚基礎混凝土或毛混凝土或毛石混凝土基石混凝土基礎礎毛石基礎毛石基礎 磚砌體磚砌體具有一定的抗壓強度，但抗拉強度和抗剪強度低。在地下水位以下或當地基土潮濕時，應采用水泥砂漿砌筑。在磚基礎底面以下，一般應先做100mm厚的混凝土墊層，可用于6層及6層以下工民用建筑。 毛石基礎毛石基礎所采用的是未風化的硬質巖石，禁

11、用風化毛石。由于毛石之間間隙較大，如果砂漿粘結的性能較差，則不能用于多層建筑，且不宜用于地下水位以下。但由于毛石基礎的抗壓性和抗凍性能較好，可用來作為7層以下的民用建筑物基礎。 灰土灰土一般是用三分石灰和七分黏性土（體積比）的比例配置而成，也稱三七灰土。石灰以塊狀生石灰為宜，經消化1至2天后燜成粉末，并經510mm篩子。土料宜用粉質黏土，濕度應適宜。灰土基礎宜在比較干燥的土層中使用，其本身具有一定的抗凍性。在我國華北和西北地區，廣泛用于5層和5層以下的民用建筑。 三合土三合土是由石灰、砂和骨料(礦渣、碎磚或碎石)加水混合而成。三合土的強度較低，一般只用于4層及4層以下的民用建筑。在我國南方則用

12、三合土基礎，在灰土中加入適量的水泥，可使強度和抗水性提高。 混凝土混凝土基礎的抗壓強度、耐久性和抗凍性比較好，其強度等級一般為C15以上。混凝土基礎常用在荷載較大的墻柱處。如在混凝土基礎中加入體積占2530的毛石(石塊尺寸不宜超過300mm)，即做成毛石混凝土基礎，可節省水泥用量。箱形基礎殼體基礎按結構型式分類獨立基礎柱下條形基礎擴展基礎筏形基礎鋼筋混凝土擴展基礎無筋擴展基礎獨立基礎 3. 2 .1 擴展基礎 當基礎不能滿足力學要求時當基礎不能滿足力學要求時有必要在墻、柱之下設置水平截面向下擴大的基礎擴展基礎，以便將墻或柱荷載擴散分布于基礎底面，使之滿足地基承載力和變形的要求。 擴展基礎無筋擴

13、展基礎鋼筋混凝土擴展基礎兩 者 比 較 柱下擴展基礎：階形基礎、錐形基礎、杯口基礎 階形基礎 3.2 .2 柱下條形基礎 支承同一方向(或同一軸線)上若干根柱的長條形連續基礎稱為柱下條形基礎。采用鋼筋混凝土材料，將建筑物所有荷載傳遞到地基中，基礎本身應有一定的尺寸和配筋。基礎的抗彎剛度較大，具有調整不均勻沉降的能力，可使各柱的豎向位移較均勻。 獨立基礎是位于整個結構物之下的無筋或有筋的單個基礎。 基礎與上部結構連成一體，或自身形成一個塊狀實體，具有很大的整體剛度。柱下獨立基礎 (1) 獨立基礎的常用型式 煙囪、水塔、高爐等構筑物，較多采用鋼筋混凝土圓板或圓環基礎及混凝土的實體基礎。梯形獨立基礎

14、梯形獨立基礎 砼煙囪基礎 3.2.4 筏形基礎 若上部荷載大、地基軟弱或地下防滲需要時，可采用筏形基礎，俗稱滿堂基礎。 把整個房屋底面（或地下室部分）做成一片連續的鋼筋混凝土板，作為房屋的基礎。 筏形基礎由于其底面積大，故可減小地基上單位面積的壓力，同時也可提高地基土的承載力，并能更有效地增強基礎的整體性，調整不均勻沉降。3.2.5 箱形基礎 把地下室的底板、頂板、側墻及一定數量的內隔墻組成一個整體剛度很強的鋼筋混凝土箱形結構。適用條件： 當柱或墻傳來的荷載很大、地基土較軟弱、地下水防滲需要、需增加基礎板的剛度。 箱形基礎具有很大的抗彎剛度，只能產生大致均勻的沉降或整體傾斜，從而基本上消除了因

15、地基變形而使建筑物開裂的可能性。箱形基礎內的空間常用作地下室。 3.3 深基礎一、深基礎定義 一般指基礎埋深大于基礎寬度且深度超過5m的基礎。淺層土不能滿足要求，而又不適宜采用地基處理措施時，就要考慮下部堅實土層或巖層作為持力層，采用深基礎方案。二、深基礎分類 樁基礎-應用最廣深基礎 沉井 地下連續墻 3.3.1 樁基礎樁基礎的分類：（1）按承載性狀分類：1.端承型樁 指豎向荷載下, 樁頂荷載全部或主要由端阻力承擔。2. 摩擦型樁 樁頂荷載全部或主要由樁側阻力承擔。 (2)按樁身材料分類 (鋼筋)混凝土樁、鋼樁、木樁、及組合樁(兩種以上材料)(3)按施工方法分類 預制樁預制樁、灌注樁、灌注樁注

16、： 預制樁：在工廠預制或現場制作成型的樁，用 設備將樁打入、壓入或振入土中 灌注樁灌注樁：在現場采用機械或人工成孔，成孔后在 孔內加放鋼筋籠，就地灌注混凝土成樁混凝土預制樁鉆孔灌注樁 樁基礎具有承載力高，沉降量小而均勻，沉降速率緩慢等特點。它能承受垂直荷載、水平荷載、上拔力以及機器的振動或動力作用，已廣泛用于房屋地基、橋梁、水利等工程中。 3.3.2 沉井 沉井：是先在地表制作成一個井筒狀或矩形的結構物（沉井），通過從井內不斷挖土，使沉井在自重作用下逐漸下沉，達到一定設計標高后，再進行封底，構筑內部結構而形成的基礎。圖一：沉井下沉圖二：沉井基礎沉井基礎的優點： 埋置深度可以很大，整體性強、穩定

17、性好，有較大的承載面積，能承受較大的垂直荷載和水平荷載； 沉井既是基礎，又是施工時的擋土和擋土圍堰結構物，施工工藝并不復雜。 沉井施工時對鄰近建筑物尤其是軟土中地下建筑物的基礎影響小。沉井基礎的缺點： 施工期較長；對粉細砂類土在井內抽水易發生流砂現象，造成沉井傾斜；沉井下沉過程中遇到的大孤石、樹干或井底巖層表面傾斜過大，均會給施工帶來一定困難。 沉 井泰州長江大橋沉井 3.3.3 地下連續墻 地下連續墻是沿著深基礎或地下構筑物的周邊，采用挖槽、成孔設備，在泥漿護壁條件下，開挖出一條狹長的溝槽，在槽或孔內設置鋼筋籠并澆筑混凝土，在地下筑成一道連續的鋼筋混凝土墻壁。工效高、工期短、質量可靠、經濟效

18、益高。施工時振動小，噪音低，非常適于在城市施工。防滲性能好，由于墻體接頭形式和施工方法的改進，使地下連續墻幾乎不透水。墻體剛度大，用于基坑開挖時，可承受很大的土壓力，極少發生地基沉降或塌方事故，已經成為深基坑支護工程中必不可少的擋土結構。適用于多種地基條件。地下連續墻對地基的適用范圍很廣，從軟弱的沖積地層到中硬的地層、密實的砂礫層，各種軟巖和硬巖等所有的地基都可以建造地下連續墻。 但是，地下連續墻施工法目前還存在一些不足之處，主要表現在： 地下連續墻如果用作臨時的擋土結構，比其它方法所用的費用要高些。 施工技術較為復雜，要求較高，如果施工方法不當或施工地質條件特殊，可能出現相鄰墻段不能對齊和漏

19、水的問題。 在一些特殊的地質條件下（如很軟的淤泥質土，含漂石的沖積層和超硬巖石等），施工難度很大。 3.4 地基處理地基處理 地基處理的對象是軟弱地基和特殊土地基。 地基處理的目的是采用各種地基處理方法以改善地基條件。 根據地基處理加固原理，將地基處理方法分為以下幾類： 換填換填法、法、預壓法、預壓法、排水固結法、排水固結法、強夯法、振沖法、強夯法、振沖法、灌灌入固化物法、振密擠密法、加筋法、冷熱處理法入固化物法、振密擠密法、加筋法、冷熱處理法等等 (1) 換填法 當建筑物基礎下的持力層比較軟弱、不能滿足上部結構荷載對地基的要求時，常采用換土墊層來處理軟弱地基。即將基礎下一定范圍內的土層挖去，

20、然后回填以強度較大的砂、碎石或灰土等，并夯實至密實。 (2) 預壓法 預壓法是一種有效的軟土地基處理方法。該方法的實質是，在建筑物或構筑物建造前，先在擬建場地上施加或分級施加與其相當的荷載，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，土體密實，提高地基承載力和穩定性。 (3) 排水固結法 飽和軟粘土地基在荷載作用下，孔隙水緩慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基逐漸固結。同時，隨著孔隙水壓力的逐漸消散，有效應力逐漸增長，地基土的抗剪強度也相應得到提高。排水固結法在實際工程中通常采用砂井、袋裝砂井和塑料排水帶進行排水固結 (4) 強夯法 強夯法是法國L梅納1969年首創的一種地基加固方法，即用幾十噸重錘從高處落

21、下，反復多次夯擊地面，對地基進行強力夯實。實踐證明，經夯擊后的地基承載力可提高25倍，壓縮性可降低200500，影響深度在10m以上。 (5) 振沖法 振沖法是振動水沖擊法的簡稱，按不同土類可分為振沖置換法和振沖密實法兩類。振沖法在粘性土中主要起振沖置換作用，置換后填料形成的樁體與土組成復合地基；在砂土中主要起振動擠密和振動液化作用。振沖法的處理深度可達10m左右。 (6) 水泥土攪拌法 通過特制的深層攪拌機械，在地基中就地將軟土和固化劑(漿液狀或粉體狀)強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生一系列物理化學反映，使軟土硬結成具有整體性、水穩性和一定強度的優質地基，處理深度可達8-12m。 (7)

22、 石灰樁法 石灰樁是指采用機械或人工方法在地基中成孔，然后灌入生石灰塊或按一定比例加入粉煤灰、爐渣、火山灰等摻合料及少量外加劑進行振密或夯實而形成的樁體。石灰樁適用于加固雜填土、素填土、淤泥、淤泥質土和粘性土地基，對素填土、淤泥、淤泥質土的加固效果尤為顯著。石灰樁復合地基石灰樁復合地基 (8) 沉管擠密碎石樁法 沉管擠密碎石樁法是指利用振動或沖擊沉管方式，在軟弱地基中成孔后，填入砂、礫石、碎石等材料并將其擠壓入孔中，形成較大直徑的由砂石構成的密實狀體的地基處理方法。主要包括砂樁法、擠密砂樁法和沉管碎石樁法等。沉管擠密碎石樁施工沉管擠密碎石樁施工 (9) 凍結法 凍結法是利用人工制冷技術，使地層

23、中的水凍結，把天然土變成凍土，增加其強度和穩定性，隔絕地下水與地下工程的聯系，以便在凍結壁的保護下進行隧道、立井和地下工程的開挖與襯砌施工。 (10) 加筋法 加筋法是在土中加入條帶、成片纖維織物或網格片等抗拉材料，依靠它們限制土的側移，改善土的力學性能，提高土的強度和穩定性的方法。可用于擋墻、橋臺、堤壩、道路路基、地基等工程。 (11) 托換技術 托換技術是指為了消除對現有基礎建筑物功能與結構等可能帶來的影響，對現有基礎建筑物進行加固補強、對建筑物的持力層地基進行改良、新基礎設置及新舊基礎替換等工程。基礎需要托換的原因很多，如在現有建筑物下進行隧道施工；地下水位下降引起房屋下沉；原有基礎腐蝕

24、或損壞等。 根據實際工程對托換技術的要求不同，托換技術可包括增層、糾傾、移位三種不同類型，其中房屋移位的如圖所示。 3.5 不均勻沉降問題不均勻沉降問題 （1）地基產生一些均勻沉降，對建筑物安全影響不大，可以預留沉降標高加以解決。 （2）但當地基不均勻沉降超過限度時，可能使建筑物發生傾斜與墻體開裂等事故，影響正常使用，危及安全。產生不均勻沉降的原因: 由于建筑物結構形式或荷載大小分布不均，比如建筑物高低層交界處，上部荷載突變，將產生不均勻沉降。 地基壓縮層厚度相差懸殊，或軟弱土層厚薄（土的壓縮性）變化大。 比薩斜塔是一座8層圓柱形的建筑，全部用白色大理石砌成，塔高55米，重達1.42噸。地基持

25、力層為粉砂，其下為粉土和黏土層。修建于1173年，建造中因塔身南傾而停工，以后時停時建，直至1350年才完工。此后塔身繼續傾斜，至今南側下沉進3米，北側下沉1米多，南北兩側沉降差達1.8米，塔頂離中心線已達5.2米，傾斜5.5度。意大利政府于1990年起關閉斜塔，斥資2500萬英鎊開始修復工程，包括加固地基和抽走地下水，并以鋼纜支撐塔身。該修復工程于2001年完成，斜塔當時已立刻變直近38厘米。香港文匯報2013年10月30日報道，意大利比薩斜塔終于止住傾斜趨勢，最新調查發現，該塔的傾斜幅度在2001年至2013年間，減少2.5厘米。 虎丘斜塔是現存最古老的磚塔，也是唯一保存至今的五代建筑。塔身設計完全體現了唐宋時代的建筑風格。虎丘斜塔被尊稱為“中國第一斜塔”和“中國的比薩斜塔”。 虎丘塔現高虎丘塔現高47475 5米，塔身米，塔身全為磚砌，重全為磚砌，重60006000多噸。據記多噸。據記載，由于地基原因，自明代載，由于地基原因，自明代（13681368一一16441644）起，虎丘塔就）起，虎丘塔就向西北傾斜，塔頂中心偏離底向西北傾斜，塔頂中心偏離底層中心層